电动车对其电池的性能要求非常高,电动车工作时处于长时间大电流放电状态,用锂电池改装电动车,应特别小心。一般应掌握以下原则:
1、锂电池种类的选择
选用聚合物锂电池,不轻易选择锂粒子电池。因为锂粒子电池一旦过充、过放或超温限使用时,容易发生爆炸、燃烧、碎片飞溅伤人,且三者在瞬间同时发生,使人难以防范。而聚合物锂电池发生过充、过放或超温限使用时,-般呈外壳铝塑膜鼓起:电池内极板与塑膜隔板分离,由于电池内无电解液,电池内阻迅速增大,容量丧失,电池自动失效,事故自行终止,因而不易发生爆炸。
2、容量
尽量选择大容量锂电池。例如原采用电池容量10ah,选择锂电池时,选用5ah/块的锂电池两块并联使用。组装后的锂电池容量不得小于原车电池容量。
3、新旧
尽量选择全新的、同一个一个厂生产的同型号、同批次的锂电池,这些新电池一致性好,使用安全、寿命长。
4、保护电路
用锂电池改装电动车,应采用单体电池保护与电池组总体保护相结合的多重保护电路。
(1)单体电池保护
每个单体电池都应装有各自的保护板,然后再并、串联成适合于电动车电压、容量的电池组。每块保护板应至少有下述功能:
1)过电流保护:当电流达1.5c时自动断电。其中c为电池容量。
2)过充保护:当充电电压达4.2v时,自动断电。
3)过放保护:当放电电压达3.0v时,自动停止放电。
(2)总体保护
用单体锂电池组装好的锂电池组,还需加装总体保护电路,包括过流、过充、过放、超温等多重保护。以一组36v/10a的锂电池组加装总体保护电路的方法为例加以说明。
1)电流保护
图1为笔者制作的过流保护装置。e为36v/10ah锂电池组;bx为10a保险;j为继电器(用型号:ye-kdc-a04-8型彩电开关代替);g为干簧管,在干簧管外绕有4匝线圈l;r为限流电阻;c为贮能电容;d为二极管;tk为一温度开关,动作温度45℃;m为电动车马达。
图1
当合上jk时,m正常运转,e通过d向c充电,电动车正常行驶。当某种原使i≥14a时,l发出的强磁场使g内触点闭合,c内贮存的电能通过j绕组的内阻r、电阻r放电,j吸合,使jk释放,切断电路,e停止向m供电。从而保证e不被大电流烧毁。其中,保护器动作电流i与取样线圈l匝数n之间的关系如附表所示。
该保护装置有以下优点:1,取样电路线圈l为一段长11cm的φ1.2mm漆包线,耗能趋近于0;2,保护动作灵敏、干脆利落。
2)过电压保护
36v锂电池组充电时,当电压充达42v时,必须有自动切断充电电源功能。图2所示电路能满足此要求。在随车(二阶段)充电器sp-70a的正极输出端串接三只二极管dl、d2、d3(ln5408×3),对36v锂电池组e充电,刚开始(阶段)充电时,a点电压为44.4v,dl~d3上压降为2.6v,并以1.5a恒定电流对e充电。随着时间推移,e的电压不断升高(如图2a所示),当电压升高达41.8v时,sp-70a转人第二阶段充电,a点输出电压突变为+41.7v,比b点低0.1v,dl~d3均处于反向偏置,充电电流自动被阻断,充电结束(如图2b所示)。这样,即能保证在任何情况下锂电池都不会过充。
图2
3)过放保护
单体锂电池的额定放电终止电压为3.0v,用于电动车,应将放电终止电压提高到3.15v。36v的锂电池组,放电终止电压设定为31.5v有如下好处:1.和原车用铅电池放电终止电压31.5v兼容,使原车控制器同时适用于铅锂两种电池,降低了成本,提高了可靠性;2锂电放电深度变浅,对其寿命有利。
因此,决定用原控制器内的31.5v过放保护器作为锂电池组的过放保护器。当锂电池组放电至31.5v时,保护器动作(绿色欠压灯亮),自动切断对电动车马达m供电。从而保护锂电池组不会因过放而损坏。
笔者有一组36v/10ah的锂电池组,用随车控制器的过放保护电路对锂电池组进行过放保护:当电压放电至31.5v时,自动断电,停止工作。使用一年半无任何问题。
近做了一个全放电实验,将已经骑行多时,放电至31.5v的锂电池组从车上拆下,继续放电至30.0v再充电,结果,充电终止电压仅能达到37.6v,而不是原来的41.8v。
将锂电池组拆开检查,10个小锂电池组中有9个小锂电池组电压为41.8v;而另1个小锂电池为-0.5v,铝塑膜鼓起,已严重损坏,损失80元。损坏原因:当锂电池组放电至31.5v时,该小组锂电池电压已达放电终止电压,再继续放电时,电压放至0v,仍再继续放电后,出现电流倒灌、极性反转而彻底损坏。实践证明:将放电终止电压提高到31.5v是保护锂电池组不致因过放而损坏的行之有效方法。
4)超温保护
锂电池使用不当时,内部温度升高、内部压强增大,当压强增大到外壳无法承受时,则发生爆炸。因而在锂电池组内部设置温度保护电路,可使锂电池发生爆炸的几率大大降低。
方法:在锂电池组中央位置埋设一枚45℃(10a)的温度开关,并将tk串联接于锂电池电路中,如图1所示。tk为常闭触头式,在使用过程中,当锂电池内部tk所处的位置处的温度低于45℃时,tk内常闭触点闭合,但电池组对电动车马达从供电电动车正常行驶;当环境温度高,或大电流长时间(充)放电等原因,使锂电池组内部温升高达45℃时,tk内常闭触头分离、导致断电,锂电池组e停止(充)放电工作。从而避免了高温可能导致的锂电池爆炸事故。
当冷却一段时间后,温度降至45℃以下时,tk常闭触头闭合,锂电池组又重新恢复工作。